Científicos de la Universidad Tecnológica de Nanyang, Singapur (NTU Singapur), han desarrollado un innovador método alimentado con energía solar para transformar los lodos de depuradora (un subproducto del tratamiento de aguas residuales) en hidrógeno verde para obtener energía limpia y proteína unicelular para la alimentación animal.
por la Universidad Tecnológica de Nanyang
Publicado en Nature Water , el método de conversión de lodos en alimentos y combustible aborda dos desafíos globales urgentes: la gestión de residuos y la generación de recursos sostenibles. Esto se alinea con el objetivo de la NTU de abordar los mayores desafíos de la humanidad, como el cambio climático y la sostenibilidad.
Las Naciones Unidas estiman que alrededor de 2.500 millones más de personas vivirán en ciudades en 2050. Junto con el crecimiento de las ciudades y las industrias viene un aumento de los lodos de depuradora , que son notoriamente difíciles de procesar y eliminar debido a su compleja estructura, composición y contaminantes como metales pesados y patógenos.
Según ONU-Hábitat, cada año se generan más de 100 millones de toneladas de lodos de depuradora en todo el mundo, una cantidad que aumenta cada año. Sin embargo, los métodos habituales de eliminación, como la incineración o el vertido, consumen mucho tiempo, son ineficientes energéticamente y contribuyen a la contaminación ambiental .
Para abordar el problema de los lodos de depuradora no deseados y difíciles de tratar, los investigadores de la NTU crearon un proceso de tres pasos alimentado por energía solar que integra técnicas mecánicas, químicas y biológicas.
Las pruebas de concepto revelaron que el proceso del equipo de la NTU es más eficiente que las técnicas convencionales como la digestión anaeróbica , mediante la cual las bacterias descomponen los residuos orgánicos para producir biogás y residuos ricos en nutrientes. Recupera muchos más recursos, elimina por completo los contaminantes de metales pesados, tiene una menor huella ambiental y ofrece una mayor viabilidad económica.
El investigador principal, el profesor asociado Li Hong, de la Escuela de Ingeniería Mecánica y Aeroespacial (MAE) de la NTU y del Instituto de Investigación Energética de la NTU (ERI@N), afirmó: «Nuestro método transforma los residuos en recursos valiosos, reduciendo el daño ambiental y generando energía renovable y alimentos sostenibles. Esto ejemplifica la economía circular y contribuye a un futuro más verde».
El profesor Zhou Yan, coinvestigador principal de la NTU, de la Escuela de Ingeniería Civil y Ambiental (CEE) y del Instituto de Investigación Ambiental y del Agua de Nanyang (NEWRI), afirmó: «Nuestro proceso con energía solar demuestra cómo podemos abordar múltiples desafíos a la vez: convertir un residuo complejo en energía limpia y proteína nutritiva. Al integrar enfoques mecánicos, químicos y biológicos, nuestro método ha abordado con éxito la contaminación y la escasez de recursos, ofreciendo una nueva estrategia sostenible en la gestión de aguas residuales».
Proceso de tres pasos
El proceso comienza con la descomposición mecánica de los lodos de depuradora. Un tratamiento químico separa los metales pesados nocivos de la materia orgánica, como las proteínas y los carbohidratos.
A continuación, un proceso electroquímico alimentado con energía solar utiliza electrodos especializados para transformar los materiales orgánicos en productos valiosos, como ácido acético (un ingrediente clave para las industrias alimentaria y farmacéutica) y gas hidrógeno, una fuente de energía limpia.
Finalmente, se introducen bacterias activadas por luz en el flujo de líquido procesado. Estas bacterias convierten los nutrientes en proteínas unicelulares aptas para la alimentación animal.
Ecológico, rentable y escalable
Las pruebas de laboratorio demostraron que el nuevo método recupera el 91,4 % del carbono orgánico presente en los lodos de depuradora y convierte el 63 % en proteínas unicelulares sin producir subproductos nocivos. En comparación, la digestión anaeróbica tradicional suele recuperar y convertir alrededor del 50 % de la materia orgánica presente en los lodos de depuradora.
El proceso alimentado con energía solar alcanza una eficiencia energética del 10%, generando hasta 13 litros de hidrógeno por hora utilizando la luz solar, lo que supone alrededor de un 10% más de eficiencia energética que los métodos convencionales de generación de hidrógeno.
El proceso NTU reduce las emisiones de carbono en un 99,5 % y el consumo de energía en un 99,3 % en comparación con los métodos tradicionales. Además, elimina los metales pesados nocivos de los lodos, que de otro modo se eliminarían sin un tratamiento adecuado, lo que convierte al proceso en una opción ecológica.
El primer autor, el Dr. Zhao Hu, investigador de la Escuela de Ingeniería Mecánica y Ambiental (MAE), afirmó: «Esperamos que nuestro método propuesto demuestre la viabilidad de la gestión sostenible de residuos y transforme la percepción de los lodos de depuradora: de residuos a un recurso valioso que favorezca la energía limpia y la producción sostenible de alimentos».
El equipo de investigación de la NTU añadió que, si bien el proceso recientemente desarrollado es prometedor, se necesitan más estudios para determinar si se puede ampliar. Un desafío clave es el costo de usar un proceso electroquímico para descomponer completamente los materiales orgánicos y extraer todos los metales pesados de los residuos. Además, el diseño de un sistema complejo para una planta de tratamiento de aguas residuales aumenta la dificultad.
Más información: Hu Zhao et al., Electrorreformado de lodos de depuradora con energía solar y canalización biológica para cogenerar alimentos verdes e hidrógeno, Nature Water (2024). DOI: 10.1038/s44221-024-00329-z
